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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE GRADUACIÓN
TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN TELEINFORMÁTICA
ÁREA
TECNOLOGÍA ELECTRÓNICA
TEMA
“IMPLEMENTACIÓN DE UNA FUENTE REGULADA VARIABLE DE 0 A 15 VOLTIOS (CC) PARA EL
LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA”
AUTOR
QUINDE CHAMAIDÁN CARLOS EFRÉN
DIRECTOR DEL TRABAJO
ING. ELEC. ANDRADE GRECO PLINIO, MBA
2017 GUAYAQUIL – ECUADOR
ii
AGRADECIMIENTO
En primer lugar, agradezco a Dios que siempre me ha bendecido, a
mis padres por exigirme en cumplir esta meta de ser un ingeniero.
Agradezco a mi amigos Marcelo, Jordi, Miguel, Emanuel por su apoyo
constante al realizar este proyecto, a mis demás amigos por su genial
ayuda en este proceso, porque juntos superamos todos los contratiempos
y trabajos de la carrera, también agradezco a mi gestora de titulación por
la ayuda en correcciones y recomendaciones para realizar este proyecto.
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DEDICATORIA Este trabajo lo dedico a:
A mi madre Ubilda Chamaidán, a mi padre Alfonso Quinde por
creer en mí, apoyarme en todo momento. Su apoyo ha sido fuente de
inspiración, fortaleza en los momentos de crisis y necesidad. A mis
abuelos que son como mis padres, a quienes quiero mucho y con ellos he
compartido muchos momentos de felicidad.
iv
ÍNDICE GENERAL
N° Descripción Pg. INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO I EL PROBLEMA
N° Descripción Pg. 1.1 Planteamiento del problema. 2
1.2 Formulación de problema. 3
1.3 Sistematización. 3
1.4 Objetivos de la investigación. 4
1.4.1 Objetivos generales 4
1.4.2 Objetivos específicos. 4
1.5 Justificación. 5
1.6 Delimitaciones. 5
1.7 Operacionalización. 6
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
N° Descripción Pg. 2.1 Antecedentes 7
2.2 Marco conceptual 8
2.2.2 Fuentes de alimentación 8
2.2.2 Historia. 9
2.2.3 Fuentes de corriente. 9
2.2.4 Fuentes de voltaje. 9
2.2.4.1 Tipos de fuentes voltaje. 10
v
2.2.4.2 Fuentes de voltaje no regulada. 10
2.2.4.3 Fuentes de voltaje regulada. 10
2.2.5 Etapa de transformación. 11
2.2.6 Etapa de rectificación 12
2.2.7 Etapa de filtrado. 13
2.2.8 Etapa de regulación. 14
2.2.9 Reguladores lineales. 14
2.2.9.1 Ventajas 14
2.2.9.2 Desventajas 15
2.2.9.3 Tipos de reguladores. 15
2.3 Marco contextual. 16
2.4 Marco legal. 17
2.4.1 Campo de aplicación 17
2.4.2 Compatibilidad electromagnética (CEM). 17
2.4.3 UNE-EN 61204-7 Fuentes de alimentación de baja tensión de
salida en corriente continua. 18
2.4.4 Protección contra choques electrónicos 18
2.4.5 Protección de reguladores. 19
2.4.6 Protección para sobre voltaje. 19
2.4.7 Protección para sobre corriente. 19
2.4.8 Protección de transformadores. 19
2.4.9 Protección contra la interrupción de tension. 20
CAPÍTULO III METODOLOGÍA
N° Descripción Pg. 3.1 Diseño de la investigación 21
3.1.1 Análisis de la investigación 21
3.1.2 Enfoque de la investigación 22
3.1.3 Población y muestra 22
3.1.3.1 Población 22
vi
3.1.3.2 Muestra. 23
3.1.4 Muestreo aleatorio simple 24
3.1.5 Calculo maestral 24
3.1.6 Instrumentos de la investigación 25
3.1.7 Procedimiento de la investigación 26
3.1.8 Recolección de información 26
3.1.9 Procedimiento y análisis 27
3.1.10 Encuestas 28
CAPÍTULO IV DESARROLLO
N° Descripción Pg. 4.1 Especificaciones 35
4.2 Descripción de componentes 35
4.2.1 Transformador 35
4.2.2 Rectificador 36
4.2.3 Filtro 36
4.2.4 Diodo rectificador 1N4148 37
4.2.5 Diodos rectificador 1N4004 37
4.2.6 Diodo led 38
4.2.7 Resistencia 38
4.2.8 Resistencia de alambre. 39
4.2.9 Regulador variable 40
4.2.10 Potenciómetro 40
4.2.11 Diagrama de fuente de regulada variable 41
4.3 Montaje y ajustes 42
4.3.1 Prueba de funcionamiento 43
4.3.2 Verificación del correcto funcionamiento de la fuente 43
4.4 Manual de usuario 43
4.4.1 Instalación de la Fuente regulada 43
4.4.2 Manejo y funciones 44
vii
4.4.3 Advertencia: 45
4.5 Conclusión 46
4.6 Recomendaciones. 47
ANEXO 50
BIBLIOGRAFÍA 57
viii
ÍNDICE DE FIGURAS
N° Descripción Pg. 1 Etapas de fuente regulada 9
2 Esquema de un transformador 10
3 Diagrama rectificador 11
4 Puentes rectificadores encapsulados 12
5 Tensión rectificada y filtrada 12
6 Regulador de voltaje con protección 14
7 Reguladores de voltaje variable 15
8 Diagrama de población y muestra 25
9 Equipos utilizados en laboratorios 27
10 Rangos de voltaje 28
11 Importancia de una fuente de alimentación 29
12 Implementación de circuito en laboratorio 30
13 Beneficio de una fuente de voltaje 31
14 Conocimiento práctico 32
15 Equipos para laboratorios 33
16 Transformador de 110/24v 2a 35
17 Rectificador rs405l 35
18 Filtros o capacitores 36
19 Diodo (1N4148) 37
20 Diodo (1n4004) 37
21 Diodo led 37
22 Resistencia de película de carbón 38
23 Resistencia de alambre 38
24 Integrado LM317T 39
25 Código de colores 39
26 Potenciómetro de 5k 40
27 Diagrama de fuente regulada variable con protección 41
28 Diseño de una fuente regulable 41
ix
ÍNDICE DE TABLAS
N° Descripción Pg. 1 Fuente de alimentación 7
2 Equipos utilizados en laboratorios 27
3 Rango de voltaje 28
5 Importancia de una fuente de alimentación 29
6 Implementación de circuito en laboratorio 30
7 Elaboraciones de una fuente de voltaje 31
8 Conocimiento práctico 32
9 Equipos para laboratorio 33
10 Especificaciones de la fuente de voltaje 46
x
ÍNDICE DE ANEXOS
N° Descripción Pg. 1 Descripción del integrado lm317 50
2 Tipos de reguladores encapsulado 50
3 Característica eléctrica del lm317 51
4 Reguladores fijos 51
5 Modelo de integrados 52
6 Fuente regulable industriales 53
7 Diseño de fuente regulable 54
8 Componente de la fuente regulada 55
9 Herramientas para implementar 55
10 Implementación de la fuente regulada variable 56
11 Fuente de voltaje variable culminada 56
xi
AUTOR: QUINDE CHAMAIDÁN CARLOS EFRÉN TITULO: IMPLEMENTACIÓN DE UNA FUENTE REGULADA
VARIABLE DE 0 A 15 VOLTIOS (CC) PARA EL LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE LA CARRERA DE INGENIERÍA EN TELEINFORMÁTICA
TUTOR: ING. ELEC. ANDRADE GRECO PLINIO, MBA
RESUMEN
En este proyecto de investigación se realizó con el objetivo de diseñar un equipo que regule un rango de voltaje, al momento de implementar un circuito específico que otorgue al estudiante la facilidad de trabajo en el laboratorio, esto ofrece un aporte importante a nuestra Facultad de Ingeniería Industrial carrera de Ingeniería en Teleinformática. En el capítulo uno se expone los conocimientos preliminares en la solución del problema, aquí se analiza los principales objetivos planteados, propuestas metodológica empleada, delimitaciones y los avances alcanzados en diseño, construcción de un primer prototipo. En el capítulo dos se ofrece descripción teóricos de etapas, funcionamientos de componentes, y aplicación de diversas protecciones. En el capítulo tres se efectuó un método de encuestas realizadas a los estudiantes de la carrera de ingeniería en teleinformática para conocer las demandas y necesidades. Además, se analizó que las fuentes son útiles y de suma importancia en todos los niveles de enseñanza En el capítulo cuatro se da énfasis importante de este proyecto de investigación, la metodología a seguir para diseñar una fuente regulable variable de modo lineal. En este capítulo se va mencionando paso a paso como implementar cada uno de los componentes que integra la fuente, conclusión, recomendaciones a seguir y se analiza el desempeño de la fuente en funcionamiento y régimen de carga.
PALABRAS CLAVES: Implementación, Diseño, Fuente regulable, protección de fuente.
Quinde Chamaidán Carlos Efrén Ing. Elec. Andrade Greco Plinio, Mba C.C 0930789391 Director
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Quinde Chamaidán Carlos Efrén Ing. Elec. Andrade Greco Plinio, Mba C.C 0930789391 Director
AUTHOR: QUINDE CHAMAIDÁN CARLOS EFRÉN TOPIC: IMPLEMENTATION OF A VARIABLE REGULATED
SOURCE OF 0 TO 15 VOLTS (CC) FOR THE ELECTRONICS LABORATORY OF THE ENGINEERING CAREER IN TELEINFORMÁTIC
DIRECTOR: ING. ELEC. ANDRADE GRECO PLINIO, MBA
ABSTRACT In this research project was carried out with the objective of designing an equipment that regulates a range of voltage, at the moment of implementing a specific circuit that gives the student the ease of working in the laboratory, this offers an important contribution to our Faculty of Engineering Industrial Engineering career in Teleinformatics. Chapter one present the preliminary knowledge in the solution of the problem, here we analyze the main objectives, and methodological proposals used, delimitations and the advances achieved in design, construction of a first prototype. Chapter two provides a description of the stages elements, components, operations, and the application of various protections. In chapter three a surveys method was carried out for the students of the engineering career in Teleinformatics to know the demands and needs. In addition, we analyzed which sources are useful and extremely important at all levels of education. In chapter four, the emphasis of this research project, the methodology to be followed to design a linearly adjustable source, is important. In this chapter we will mention step by step how to implement each of the components that integrate the source, conclusion, recommendations to follow and analyze the performance of the source in operation and load regime. KEY WORDS: Implementation, Design, Source adjustable, source
protection
xiii
INTRODUCCIÓN.
En el laboratorio de electrónica de la carrera de Ingeniería en
Teleinformática se ha elaborado una fuente regulable variable que pueda
entregar un rango de voltaje de 0 hasta 15 voltios de corriente continua
(CC) con un máximo de 2 amperios, terminado la implementación del
equipo le brindará a los estudiantes y docentes una enseñanza que
genera conocimiento a partir de un proceso práctico
La implementación de cada circuito explicado en clase para los
estudiantes es cada vez mayor, este tipo de fuente ayudará a desarrollar
todas sus destrezas para participar con ímpetu, efectividad y sean
competitivos en la solución de problemas que se presente en el campo de
trabajo.
Cada vez que hacemos un proyecto tenemos que pensar de que
forma se alimentará de energía. Por esta razón es indispensable tener en
nuestro laboratorio una fuente regulada variable, que nos permita ajustar
el voltaje para el circuito que queremos dar funcionamiento. Aportando de
esta manera a que los estudiantes se acoplen con la fuente y siga
realizando cada una de las prácticas de laboratorio.
Una fuente regulada, es la que puede mantener un voltaje estable
en su salida, a pesar de las variaciones del voltaje en la entrada y la carga
a la que es expuesta. Las fuentes de alimentación se consideran una
herramienta recomendable para el laboratorio de electrónica. Resulta
muy útil para alimentar diversas aplicaciones y circuito en innumerables
ocasiones. Es bueno tener una fuente reguladora de voltaje porque
distintos circuitos funcionan con diferentes tensiones y consumen
diferentes corrientes.
xiv
CAPÍTULO I EL PROBLEMA
1.1 Planteamiento del problema.
El laboratorio de electrónica de la Facultad de Ingeniería Industrial,
no cuenta con los equipos necesarios para realizar prueba de medición de
los componentes electrónicos, por lo tanto, es importante implementar y
analizar nuevos conocimientos, reforzando con conceptos claros,
demostraciones prácticas en el laboratorio y fundamentar los
conocimientos para estar a la altura de los requerimientos que la carrera
amerita.
En el montaje de este circuito se pretende insertar protección tanto
a la entrada de energía como a la salida del mismo, ya que el equipo se
puede quemar por una sobre carga, sobre voltaje, un cortocircuito,
capacitores sobrecargados de alto voltaje.
El sobrecalentamiento, la saturación de los transformadores
pueden ser el resultado de la circulación de corriente inadecuada puede
quemar el circuito elaborado por los estudiantes. Cuando un
transformador se satura no solamente se calienta, sino que además es
incapaz de entregar toda su potencia a la carga.
El diseño de una fuente reguladora es sencillo, aunque puede
llegar hacer complicado depende de la corriente a suministrar. Se tiene la
presencia del dispositivo regulador lineal, generalmente es un transistor o
un circuito integrado. Es en esta etapa en que se presenta un problema
en la eficiencia ya que parte de la energía se convierte en calor debido al
efecto joule con lo cual hay perdida con respecto a la potencia de entrada.
El problema 3
1.2 Formulación de problema.
Todos los inconvenientes antes mencionados son posibles
disminuirlos usando una fuente de alimentación. Este proyecto permite
también a los docentes una herramienta útil, necesaria y sencilla para
realizar la explicación de los componentes electrónicos. Este proyecto
permite en futuro seguir implementando equipos para beneficios de los
estudiantes y docentes de la facultad de ingeniería industrial.
Al momento de realizar el montaje de cualquier circuito en el
laboratorio de electrónica siempre existirá problema de alimentación de
energía. Los estudiantes usan cargadores, baterías recargables para el
funcionamiento del circuito, pero es recomendable el uso de fuente que
nos brinde una capacidad de corriente y voltaje adecuado sin tener el
problema de que se dañe por una carga excesiva.
En la Facultad de Ingeniería Industrial no se ha realizado una
implementación similar. Al realizar este proyecto se trata de motivar a las
autoridades de esta institución a tomar en consideración para suministrar
el laboratorio con equipos realizados por los mismos estudiantes para
brindar competencias requeridas, realizar concepción de diseño y
desarrollo de prototipos electrónicos para sus aplicaciones.
1.3 Sistematización.
Para la implantación se debe realizar estudios de los distintos
componentes electrónicos que interactúan en el circuito, emplear mejoras
posteriormente, es indispensable una fuente en el laboratorio de
electrónica. Esta necesidad se planteó, en el proyecto se presentó
información para demostrar la importancia del equipo, así como también
de los principales cambios tecnológicos que tendrían que realizar los
estudiantes para cumplir con las normas requeridas a la educación.
El problema 4
La fuente reguladora de voltaje se fijó a través de un estudio que
determinó las exigencias establecidas para las carreras que forman parte
la Facultad de Ingeniería Industrial. Para la implementación de la fuente
reguladora de voltaje se hizo un estudio en el laboratorio de electrónica,
se llegó a reconocer unos de los tantos inconvenientes que se debe
resolver.
1.4 Objetivos de la investigación.
El objetivo al diseñar la fuente reguladora de voltaje es para que los
estudiantes practiquen todo el contenido teórico en la parte práctica, esta
fuente es un diseño muy útil para los estudiantes del laboratorio de
electrónica de la carrera de Ingeniería en Teleinformática, partiendo de
esta fuente se ha involucrado cada uno de los conocimientos adquiridos
durante todo el semestre en el laboratorio de electrónica.
1.4.1 Objetivos generales
Implementar una fuente regulada variable de 0 a 15 voltios de
corriente constante para el uso del estudiante de la carrera en ingeniería
en Teleinformática.
1.4.2 Objetivos específicos.
1) Analizar las causas en la que puede dañar una fuente regulada de
voltaje de corriente constante (CC).
2) Investigar los componentes electrónicos para la protección de la
fuente reguladora de voltaje.
3) Diseñar una fuente regulada variable de 0 a 15 voltios de corriente
constante (CC) con sus respectivas protecciones de daños que
pueda sufrir al ser manipulado por parte del estudiante.
El problema 5
1.5 Justificación.
Usualmente el laboratorio de electrónica requieren fuente de
alimentación para los circuitos que se elaboran, este deberá cumplir con
los requerimientos y especificaciones propias para dicho laboratorio. La
Facultad de Ingeniería Industrial se desarrollan equipos donde los
conocimientos son dominios de las tecnologías y las investigaciones
reposan en los estudiantes.
La fuente regulada de voltaje de 0 a 15 voltios está diseñada para
que los circuitos se alimenten de corriente constante y permanezca
constante aun cuando existan variación de carga. El potenciómetro es el
que permite seleccionar el rango que se desea trabajar, para evitar
cualquier daño en el circuito que se esté probando en el laboratorio o
también cuando se produzca cortocircuito o complicación en lo que se
esté implementando.
La fuente regulable de voltaje es para sustituir las baterías, los
cargadores, el uso de estos dispositivos es para un solo circuito en donde
solo es capaz de suministrar un nivel de carga específico. El motivo de
esta fuente de energía es que tenga otras aplicaciones, además el costo
para elaborar un equipo de alimentación es considerablemente
económico en comparación con equipo semejante, estos dispositivos son
muy eficientes y productivos.
1.6 Delimitaciones.
Este proyecto será para la Facultad de Ingeniería Industrial
específicamente en el laboratorio de electrónica carrera de Ingeniería
Teleinformática, se dará por finalizado exactamente la cuarta semana de
octubre, en este mes la fuente reguladora variable de 0 a 15 voltios estará
operativa.
El problema 6
1.7 Operacionalización.
Al diseñar una fuente reguladora de voltaje se investiga que
componente se debe utilizar para el cuidado del equipo, con esto se
evitará los daños a los circuitos implementados por los estudiantes, de
esta forma se espera obtener una alta eficiencia de esta fuente de
alimentación regulable.
También se busca las mejores alternativas de equipos para el
laboratorio de electrónica, se puede realizar por parte de los estudiantes
otros implementos para seguir equipando el laboratorio, se destaca este
proyecto para el beneficio de los estudiantes ya que pueden realizar
simulaciones de circuitos de manera virtual en la cual permite verificar
funcionamiento y medición en sus principales parámetros.
CAPÍTULO II MARCO TEÓRICO
2.1 Antecedentes
En las fuentes de alimentación a medidas de que aparecían
encontraban problemas en los diseños que se realizaban modificaciones
desde el primer diseño, esto ha ocasionado diferentes versiones desde su
aparecimiento inicial. Se ha elaborado dos versiones de equipos de
alimentación que son fuentes de alimentación lineal y conmutada.
En la versión lineal se usa transformador y rectificador para
convertir de corriente alterna (AC) a corriente directa (DC) este tipo de
fuentes disipan la gran parte de energía en calor, también existen fuentes
con diseños que usan reguladores integrados lineales LM317K y el
LM337K estos tipos de reguladores ofrecen ± 37 voltios. También para la
transformación de corriente alterna (AC) a corriente directa (DC) se usan
fuentes de computadoras ATX, estas fuentes tiene tensiones de ± 12
voltios y 5 voltios, para las tensiones negativas su uso es repentino pues
existen fuentes que ofrecen estas funciones. Este tipo de fuente ATX para
la transformación AC/DC ocupa mucho espacio, son muy ruidosa y se
necesita ventilación.
Actualmente se siguen fabricando fuentes que desarrolla un menor
rizado que hacen que la señal salga más pura a salida mediante un filtro,
por otro lado, al contener poca electrónica son más inmunes a las
radiaciones electromagnéticas. Se percibe que todas las fuentes de
alimentación lineal suelen ser pesadas y tienen pocas eficiencias. Con los
avances tecnológicos existen fuentes que trae integrado un sistema de
seguridad que nos permite que se hagan conexiones cortas.
Marco teórico 8
2.2 Marco conceptual
TABLA N° 1 FUENTES DE ALIMENTACIÓN
2.2.2 Fuentes de alimentación
Dispositivos eléctricos o electrónicos que transforma energía
eléctrica en potencias en salida única o múltiple. También puede aislar,
regular y cubrir la energía. Además, son sumamente importantes ya que
convierte las tensiones alternas en una o varias tensiones prácticamente
continuas, para los distintos sistemas electrónicos. Con estos equipos
podemos hacer funcionar cada uno de los componentes de nuestro
sistema, de manera que cada uno realice las funciones que nosotros
necesitemos o requerimos (Juan Silva Lopez, 2010)
Marco teórico 9
2.2.2 Historia. Durante la primera cuarta parte del siglo XX junto al desarrollo de la
radio de la Red de distribución entregaba corriente alterna (fue
Westinghouse que impuso la corriente alterna, frente a la continúa
preconizada por Edison) que hace muy fácil el cambio de la tensión, con
ayuda de los llamados transformadores. (Lara, 2010)
Es casi imposible saber quién y cuándo se construyeron las
primeras fuentes. Probablemente serian ingenieros adscritos a alguna
compañía eléctrica pionera, lo que sí es seguro que manipulaba válvulas
electrónicas, por sencilla razón de que los transistores no existían todavía,
esto fueron desarrollados se les utilizo con ventajas en las fuentes
2.2.3 Fuentes de corriente. Las fuentes de corriente son manipuladas en circuitos electrónicos
integrados como elementos de polarización y como cargas activas en
etapas amplificadoras. La fuente en polarización resulta más sensible a
variación de la tensión de polarización y de la temperatura. Las fuentes de
corrientes de cargas activas proporcionan resistencias incrementales de
alto valor como resultado. Esta etapa amplificadora con elevada ganancia
operando incluso con bajo nivel de tensión de polarización. (Gómez,
2010)
2.2.4 Fuentes de voltaje.
Es un dispositivo que convierte la tensión alterna de la red de
suministro en una o más tensiones, prácticamente continuas que
alimentan los distintos circuitos del aparato electrónico al que se conecta.
Estas fuentes de alimentación para dispositivos electrónicos pueden
clasificarse en tipos de fuentes lineales y conmutadas. (Arana, 2015)
Marco teórico 10
2.2.4.1 Tipos de fuentes voltaje.
1) Fuentes de voltaje lineales. - Tienen un esquema como
transformador, rectificador, filtro, regulación y salida. Este tipo de
fuente tiene un diseño relativamente simple, que puede llegar a ser
más complejo cuanto mayor es la corriente que debe suministrar.
2) Fuentes de voltaje conmutadas. - Se usa transistor en la zona de
corte y saturación, de esta forma se tiene periodo de tiempo en lo
cual corriente y tensión son nulas. Esto se logra transformando la
tensión de entrada en una señal cuadrada. (Galo Paredes, 2010)
2.2.4.2 Fuentes de voltaje no regulada.
Este tipo de fuente no regulada, el voltaje de salida depende del
voltaje de entrada, es decir si hay un alto voltaje a bajo voltaje de
corriente alterna de la entrada se verá reflejando en la salida de corriente
directa
2.2.4.3 Fuentes de voltaje regulada. Una fuente de alimentación regulada es un circuito electrónico, esta
fuente de corriente constante regula el voltaje que desee. El estudiante
hasta un valor predeterminado y permita que la salida de voltaje sea
constante a variación de tensión en línea. (J.I.Huircan, 2012)
FIGURA N° 1 ETAPAS DE FUENTE REGULADA
Marco teórico 11
2.2.5 Etapa de transformación. El transformador, es un componente electromagnético que reduce
la tensión y nos permite convertir una tensión alterna de entrada en una
tensión alterna de salida adecuada. En esta etapa un transformador está
formado por dos bobinas devanadas sobre el mismo núcleo de hierro,
ambos devanados primarios y secundarios son completamente
independientes y la energía eléctrica se transmite del primario al
secundario en forma de energía magnética a través del núcleo. La
principal ventaja que tiene el transformador es su alto rendimiento.
FIGURA N° 2 ESQUEMA DE UN TRANSAFORMADOR
La corriente que circula por el devanado primario genera una
circulación de corriente magnética por el núcleo del transformador. Esta
corriente magnética será más fuerte, cuenta más espiras tenga el
devanado primario. En el devanado secundario se genera una tensión
mayor, cuando mayor sea el número de espiras del secundario y cuando
mayor sea la corriente magnética que circula por el núcleo.
Entonces se puede decir que la tensión de salida depende de la
tensión de entrada, del número de espiras del primario y secundario.
Como fórmula general se dice que:
Vp = Vs * (Np/Ns)
Marco teórico 12
Np y Ns son el número de espiras del primario y del secundario
respectivamente. La razón de espiras de los devanados para que el
transformador proporcione un voltaje de salida
(Np), N = Ns/Np
Esta ecuación nos dice que la relación entre la tensión de entrada y
de salida viene dada por la relación que existe entre el número de espiras
que tengan los devanados, A esta relación se le denomina relación de
transformación en vacío. (Hernández, 2002) 2.2.6 Etapa de rectificación Se utilizan diodos semiconductores también llamados
rectificadores, cuya función es de rectificar la señal proveniente del
bobinado secundario del transformador. Los diodos rectificadores se
encargan de convertir la tensión alterna que sale del transformador en
tensión continua. Para obtener la tensión rectificada existen tres
alternativas
• Rectificador de media onda con un trasformador convencional un
solo diodo.
• Rectificador de onda completa con dos diodos y un transformador
especial con dos secundarios conectados.
• Rectificador de onda completa con un trasformador convencional y
cuatros diodos en estructura puente.
FIGURA N° 3 DIAGRAMA RECTIFICADOR
Marco teórico 13
En el mercado existen puentes rectificadores que se integran en un
mismo encapsulado los cuatros diodos en la cual cumple la misma
función de rectificar la tensión que sale del transformador.
FIGURA N° 4 PUENTES RECTIFICADORES ENCAPSULADOS
Poseen cuatro terminales en la cual cada pin está marcado en su
encapsulado suelen ser: (~) para entrada en alterna del transformador, (+)
una para salida positiva y (-) una para salida negativas.
2.2.7 Etapa de filtrado. En esta etapa una vez que la señal esta rectificada se recibe
ondas, componente de tensión alterna y para eliminarlo se utiliza uno o
varios capacitores en paralelo. Los capacitores se encargan al valor
máximo de voltaje entregado por el rectificador y se descarga lentamente
cuando la señal pulsante desaparece. Permitiendo lograr un nivel de
tensión lo más continua posible. (Ramirez, 2008)
FIGURA N° 5 TENSIÓN RECTIFICADA Y FILTRADA
Marco teórico 14
Para reducir un rizado es considerable emplear un capacitor mayor,
pero se debe tener cuidado de que el capacitor no sea excesivamente
grande ya que puede ocasionar problema de conducción de corriente pon
el diodo.
2.2.8 Etapa de regulación.
En esta etapa radica en el uso de uno o varios circuitos integrados
que tiene como función mantener constante las características del
sistema y tiene la capacidad de sostener el estado de la salida
independientemente de la entrada. Un regulador o estabilizador es un
circuito que se encarga de minimizar el rizado y de proporcionar una
tensión de salida de la tensión exacta que requiramos. En esta sección
nos centramos en los reguladores integrados de tres terminales que son
los más sencillos y baratos que hay, en la mayoría de caso siendo la
mejor opción. (ELECTRONICO, 2013)
2.2.9 Reguladores lineales. Son dispositivos electrónicos que permiten controlar la tensión de
salida ajustando constantemente la caída de tensión en un transistor de
potencia conectado en serie entre la entrada y la salida, es decir que
operan con una corriente continua donde el nivel de tensión de la entrada
siempre debe ser superior a la salida. Los reguladores lineales se pueden
clasificar según la tensión de “DROPOUT” que es caída de tensión
nominal que se genera entre la entrada y la salida del regulador.
2.2.9.1 Ventajas
• Simplicidad de diseño, debido a que utilizan pocos componentes.
• Para potencias menores delo 10w, el costo de los componentes es
relativamente bajo.
Marco teórico 15
2.2.9.2 Desventajas
• Baja eficiencia, los reguladores lineales poseen una eficiencia del
orden entre el 30% y 60%.
• Disipación de calor, debido a su baja eficiencia el resto de la
energía se dispersa en forma de calor
2.2.9.3 Tipos de reguladores.
Reguladores positivos y negativos: En la mayoría de los casos
los reguladores positivos son usados para regular tensiones positivas, sin
embargo, depende de los requerimientos de tierra del sistema cada
regulador puede ser usado para tensiones opuesta a las diseñadas.
Reguladores de voltaje fijos: Para el funcionamiento en el circuito
de regulación fija, se utiliza los integrados de tres terminales 78xx la
tensión de salida depende del integrado utilizado, para protección del
integrado de contra picos de voltaje se puede instalar un diodo.
FIGURA N° 6 REGULADOR DE VOLTAJE CON PROTECCIÓN
Reguladores de voltajes variables: Para el funcionamiento en el
circuito de regulación variable se usa integrado LM317 y un
potenciómetro. El potenciómetro es una resistencia cuyo valor es variable
por medio de este componente se puede manipular la tensión de salida.
Marco teórico 16
FIGURA N° 7 REGULADOR DE VOLTAJE VARIABLE
2.3 Marco contextual.
El proyecto se desarrollará en el laboratorio de la Facultad de
Ingeniería Industrial carrera en Ingeniería en Teleinformática, de la ciudad
de Guayaquil. El equipo estaría en la tercera semana de octubre, aquella
semana se explicará su respectivo sistema de funcionamiento, este
equipo será ubicado en el laboratorio de electrónica para beneficios de los
estudiantes al realizar sus prácticas.
Este proyecto se basará en el análisis de las necesidades de los
estudiantes han hecho cuando no han estado satisfecho con las clases
impartidas, con el fin de proporcionar herramientas necesarias para crear
circuitos. Esto permitirá recuperar la confianza y el interés por parte del
alumnado que tenga un alto nivel de conocimiento desde la primera vez
que se le otorga las herramientas.
Los estudiantes de la carrera de Ingeniería en Teleinformática
requieren herramientas útiles y de fácil manejo que permita el desarrollo
de conocimientos prácticos. Entre las causas más fundamentales para
comprender esta necesidad, se debe a la falta de un lugar adecuado, falta
de infraestructura y falta de implementos necesarios para el laboratorio.
Marco teórico 17
2.4 Marco legal.
Reglamento técnico ecuatorianos RTE INEN 167 “Fuentes de alimentación de baja tensión”
Este reglamento técnico constituye los requisitos de funcionamiento
y de seguridad que deben de ejecutar las fuentes de alimentación de baja
tensión de uso general, con el fin de prevenir los riesgos para la seguridad
y la vida de las personas, el medio ambiente y evitar prácticas que
puedan inducir error en los usuarios. (Vásconez, 2014)
2.4.1 Campo de aplicación
Este reglamento técnico aplica a la fuente externas de alimentación
de baja tensión, que son empleados en equipos de tecnología de la
información que llevan a cabo una transformación de corriente alterna
(AC) a corriente continua (DC) o una conversión de corriente continua
(DC) a corriente alterna (AC) este tipo de fuente se comercializa en
Ecuador. Para los efectos de este Reglamento técnico, se aplican las
definiciones establecidas en las normas CEI 61204-7 e IEC 60950.1 y
además la compatibilidad electromagnética (CEM).
2.4.2 Compatibilidad electromagnética (CEM).
Estudia los mecanismos para eliminar, disminuir, y prevenir
perturbaciones electromagnéticas entre un equipo eléctrico o electrónico,
aun desde su diseño, basándose en normas, afirmando la confiabilidad y
la seguridad de todos los tipos de sistemas en el lugar donde sea
instalado bajo un ambiente electromagnético especifico. Las fuentes de
alimentación de baja tensión deben cumplir con los requisitos
establecidos en las normas CEI 61204-7 o CEI 61204 o IEC 60950-1
Marco teórico 18
2.4.3 UNE-EN 61204-7 Fuentes de alimentación de baja tensión de salida en corriente continua.
Esta normativa se emplea a todos los equipos eléctricos,
electrónicos programables destinado a utilizarse, para obtener el objetivo
debe efectuarse las normas técnicas hechas por los institutos de
normalización. En esta norma se encarga de proteger usuario tener toda
la seguridad posible para su respectivo uso, también debe proteger el
equipo de sobrecargas, cortocircuitos que llega afectar su funcionamiento
Este sistema tiene como ventaja la adaptación rápida al progreso y
cumplir las necesidades de seguridad. La armonización debe permitir
eliminar en materia de intercambios, los inconvenientes originados por
disparidades entre normas nacionales. Este organismo representante en
los distintos organismos reguladores internacionales es AENOR. Sus
funciones entre otras, es la de efectuar normas técnicas españolas como
estas y de certificar productos, servicios y empresas.
2.4.4 Protección contra choques electrónicos
La fuente de alimentación debe garantizar la protección de los
estudiantes contra el choque eléctricos debido a contactos directos e
indirectos.
Protección de contactos directos: Las partes activas deben estar
ubicadas dentro de envolventes que cumplan los requisitos implantado y
que ofrezca protección contra contactos. Las partes activas protegidas por
aislante deben estar totalmente cubiertas por un aislamiento que
solamente pueda ser separado por destrucción.
Protección de contactos indirectos: Esta protección está
destinada a impedir las condiciones peligrosas que se pueda ocasionar de
Marco teórico 19
un fallo de aislamiento entre las partes activas y las partes conductoras
expuestas. En este caso las únicas partes activas son los bornes de
salidas puesto que la carcasa es no conductora.
2.4.5 Protección de reguladores. Los reguladores están equipados con un circuito de protección, el
propósito es limitar o anular la corriente del elemento en serie. Los
circuitos de protección se diseñan para estar inactivos bajo condiciones
de operación normal y activarse inmediatamente a lo que se intente
exceder el correspondiente límite de seguridad.
2.4.6 Protección para sobre voltaje.
Para este tipo de casos existen componente llamados “varistores”
existen en diferentes valores de voltajes y potencias, se suele ubicar en
paralelo con bobinado primario del transformador o en caso de no
disponer se ubica después del fusible de protección de entrada.
2.4.7 Protección para sobre corriente. Al inducir una cantidad excesiva de corriente de carga, el transistor
regulador, el transformador u otro elemento por el cual pase, ese exceso
de corriente puede resultar dañado o destruido rápidamente. Todos los
reguladores se efectúan algún tipo de protección contra el exceso de
corriente de una manera de mecanismo de limitación de corriente
2.4.8 Protección de transformadores. Los transformadores tienen que protegerse contra las sobre
intensidades. Evitar desconexiones intempestivas debidas a las corrientes
de arranque del trasformador, prevenir el calentamiento de los devanados
Marco teórico 20
superior a los valores indicados para la clase de aislamiento del
transformador cuando esté sometido a un cortocircuito en sus bornes
secundario.
2.4.9 Protección contra la interrupción de tension. Una caída de tensión o interrupción de la alimentación puede
ocasionar condiciones peligrosas, daños al equipo, debe proporcionarse
un dispositivo de protección de mínima tensión. Al rehabilitar la tensión o
del cierre del interruptor, el arranque automático o inesperado del
dispositivo debe de cancelarse dicho arranque, puede provocar una
condición peligrosa.
CAPÍTULO III METODOLOGÍA
3.1 Diseño de la investigación 3.1.1 Análisis de la investigación
En este proyecto se basó en diseño de metodología de
investigación aplicada y de campo, con esta propuesta se incentiva a los
estudiantes a realizar proyectos que ofrecen solución a los problemas de
conocimiento prácticos. En el laboratorio electrónica de la carrera de
Ingeniería en Teleinformática de la Facultad de Ingeniería Industrial se
desea mejorar en muchos aspectos, por tal motivo se realiza un estudio
en el área mencionada, esto no permitirá conocer el problema.
El diseño de investigación constituye el plan general del
investigador para obtener respuestas a sus interrogantes o comprobar la
hipótesis de investigación. En este diseño de investigación se realizaron
encuestas a los estudiantes en la cual dieron criterios respecto a los
problemas actuales y la necesidad de equipos de alimentación de
corriente útiles para el respectivo funcionamiento de circuitos
implementados en clase.
Investigación aplicada: Es la utilización de conocimientos en la
práctica, para aplicarlos y en mayoría de los casos que sea para el
beneficio de la sociedad.
Investigación de campo: Se realizó la investigación de campo en
la Universidad de Guayaquil Facultad de Ingeniería Industrial a los
estudiantes de la carrera de ingeniería en teleinformática.
Metodología 22
3.1.2 Enfoque de la investigación
En este proyecto está enfocado en las metodologías de
investigación cuantitativa. Los datos a recolectar tienen como resultado
conocer que beneficio y factibilidad se consigue implementando este
equipo en el laboratorio de electrónica de la carrera de Ingeniería en
Teleinformática Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de
Guayaquil.
En la metodología de la investigación se define como la disciplina
que elabora, sistematiza y evalúa el conjunto del aparato técnico
procedimental del que dispone la ciencia, para la búsqueda de datos y la
construcción del conocimiento científico. La Metodología consiste
entonces en un conjunto más o menos coherente y racional de técnicas y
procedimientos cuyo propósito fundamental apunta a implementar
procesos de recolección, clasificación y validación de datos y experiencias
provenientes de la realidad, y a partir de los cuales pueda construirse el
conocimiento científico. (Azocar, 2014)
Cuantitativo: En este proceso se realizó encuestas a ciento cincuenta
y ocho estudiantes de la carrera de Ingeniería en Teleinformática de la
Facultad de Ingeniería Industrial de la Universidad de Guayaquil.
3.1.3 Población y muestra 3.1.3.1 Población
La población es el conjunto de todos los sujetos, sobre los que
queremos conocer cierta información relacionada con el fenómeno que se
estudia. La cantidad que abarcan la población solo son estudiantes de la
carrera de Ingeniería en Teleinformática de la Facultad de Ingeniería
Industrial, por lo tanto, consta un total de 690 estudiantes matriculados
desde el primer semestre hasta el décimo semestre.
Metodología 23
3.1.3.2 Muestra.
La muestra es el subconjunto de la población que se selecciona
para el estudio, esperando que lo que se averigüe en la muestra nos de
una idea sobre la población en su conjunto. La muestra se puede definir
como la parte a representar cuando no es posible escoger a toda la
población, la muestra es la cantidad seleccionada o parte más
representativa de la misma. Existen varios tipos de muestreos, tales
como:
TABLA N° 2 TIPO DE MUESTREO
En esta investigación se asignará un muestreo probabilístico, ya
que sus características muestran el sistema y muestra con resultados
adecuado para el desarrollo del mismo, en las encuestas se utilizará un
método de muestreo aleatorio simple para la población de interés en la
población de la encuesta.
Se determina el número total de estudiantes de la carrera de
Ingeniería en Teleinformática de la Facultad de Ingeniería Industrial; para
obtener la muestra se toma una parte representativa de la población como
objeto de estudio.
Metodología 24
3.1.4 Muestreo aleatorio simple
En este tipo de muestreo, cada miembro de la población de interés
tiene la probabilidad de ser seleccionado como sujeto de estudio. En este
proceso será seleccionado de manera independiente de otros miembros
de la población.
3.1.5 Calculo maestral
Para obtener el tamaño de muestra del estudiante de la carrera de
Ingeniería en Teleinformática en la cual costa de 690 personas entre
todos los semestres. Se tomó como muestra 158 estudiantes con la
finalidad de conocer las necesidades al momento de realizar sus prácticas
en laboratorio de electrónica, el resultado de la muestra se obtuvo
mediante la aplicación de la siguiente formula:
n =. 𝐍 𝛔𝟐 𝐙𝟐
(𝐍−𝟏)𝐞𝟐 + 𝛔𝟐 𝐙𝟐
• n.- Equivale a tamaño de la muestra
• N.- Equivale a tamaño de la población.
• 𝝈 .- Equivale a la desviación estándar, se toma de 0.5 (me
permite saber que tan lejos está de mi media, es decir cuánto se
separan los datos del promedio)
• Z.- Valor obtenido mediante niveles de confianza, es un valor
constante que si no se tiene se toma el 95% que equivale a 1.96 o
bien el 99% que equivale a 2.58.
• e .- Limite aceptable de error de muestra que generalmente
cuando no se tiene valor se utiliza un valor que entre el 1% (0.01) y
el 9% (0.09), por lo general esto se lo deja a criterio del
encuestador.
Metodología 25
n = 𝟔𝟗𝟎∗ (𝟎.𝟓)𝟐(𝟐.𝟓𝟖)𝟐
(𝟔𝟗𝟎−𝟏)𝟎.𝟎𝟗𝟐+ (𝟎.𝟓)𝟐(𝟐.𝟓𝟖)𝟐
n =𝟏𝟏𝟒𝟖.𝟐𝟑𝟕.𝟐𝟓
n = 158.49
FIGURA N° 8
DIAGRAMA POBLACIÓN Y MUESTRA
Fuente: Diagrama de pastel de población y muestra Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
3.1.6 Instrumentos de la investigación
El objetivo de esta investigación es adquirir información de interés
para cumplir un objetivo específico, el modo de investigación fue hacer
uso de las encuestas basada en cuestionario. El cuestionario es el
instrumento, que tiene forma material impresa o digital, utilizado para
registrar la información que proviene de personas que participan en una
encuesta; en una entrevista o en otros procedimientos como son los
experimentos (Toledo, 2012)
532
158
POBLACIÓN MUESTRA
Metodología 26
3.1.7 Procedimiento de la investigación
En este proceso del desarrollo de la investigación se planteó de la
siguiente manera:
1) Seleccionar el lugar donde se va a realizar el estudio
2) Solicitar al decano de la Facultad de Ingeniería Industrial de la
Universidad de Guayaquil, permiso respectivo para realizar la
investigación dentro de la institución.
3) Recaudar información importante para la elaboración del informe.
4) Efectuar las encuestas respectivas a los estudiantes de la carrera
de ingeniería en teleinformática
5) Efectuar de manera gráfica y tabular el resultado obtenido en las
encuestas.
6) Elaborar conclusiones y recomendaciones según la información
obtenida en las encuestas.
7) Realizar una propuesta de mejora para el laboratorio de electrónica
de la Facultad de Ingeniería Industrial carrera de Ingeniería en
teleinformática.
3.1.8 Recolección de información
Para recaudar toda la información necesaria en una investigación,
el método elegido por el investigador depende de la pregunta que se
formule, en este caso el método a escoger fue la encuesta en la cual se
procedió a realizar cierto proceso.
Metodología 27
1) Las encuestas realizadas a los estudiantes de la carrera de
ingeniería en teleinformática
2) Observación de actividades desarrollada en el entorno de la
institución.
3) Juntar toda información específica para efectuar el estudio
3.1.9 Procedimiento y análisis
Se planteó realizar las encuestas para la recaudación de datos a
los estudiantes de la carrera de Ingeniería en Teleinformática enfocada
solamente en 158 estudiantes cursando en el semestre. El cuestionario
fue elaborado mediante preguntas objetivas con este proceso se da a
conocer y tener en cuenta las necesidades que solicita los estudiantes en
el laboratorio de electrónica. Se utilizó la herramienta de Microsoft Excel
para el proceso de tabulación de datos a través de esta herramienta se
realizó: ingreso, procesamiento y presentación de datos obtenidos en las
encuestas.
El análisis de la información se efectuará en relación a la necesidad
del estudiante en el laboratorio de electrónica. Los resultados de las
encuestas serán tabulados y presentado de manera gráfica por diagrama
de pastel. En base a esto se efectuará un análisis detallado de las
preguntas expuesta para conocer de manera explícita los resultados
obtenidos.
Metodología 28
3.1.10 Encuestas
1. ¿Cuáles de los siguientes equipos de alimentación de corriente usted manipula al elaborar un montaje de circuito en el laboratorio?
TABLA N° 3 EQUIPOS UTILIZADOS EN LABORATORIO
Fuente: Investigación de equipos mayor utilidad en laboratorio Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
FIGURA N° 9 EQUIPOS UTILIZADOS EN LABORATORIO
Fuente: Investigación de equipos mayor utilidad en laboratorio Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Análisis: Como resultado se analiza que la mitad de los
estudiantes posee un cargador el cual es un equipo necesario en la
elaboración de circuitos electrónicos, se recomienda que en el laboratorio
de electrónica se utilice una fuente variable que regule un rango de voltaje
según lo amerite el circuito a funcionar.
50%
34%
16%
CARGADOR TRANSFORMADOR BATERIAS
EQUIPOS Nº DE ESTUDIANTES PORCENTAJES Cargador 79 50%
Transformador 52 34% Baterías 27 16%
Total 158 100%
Metodología 29
2. ¿Cuál es el rango de voltaje que se utiliza al realizar un montaje de circuito en el laboratorio?
TABLA N° 4
RANGO DE VOLTAJE
Fuente: Investigación de rangos de voltaje Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
FIGURA N° 10 RANGO DE VOLTAJE
Fuente: Investigación de rangos de voltaje Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Análisis: Como resultado se analizó que el voltaje de mayor
demanda y sumamente necesaria para alimentar los circuitos electrónicos
es de un rango de 0 a 15voltios, se recomienda que al probar los
prototipos se utilicen una tensión adecuada de alimentación para no
agraviar los componentes del circuito.
44%
56%
0%
0 a 5 v 0 a 15 v 0 a 30 v
VOLTAJE Nº DE ESTUDIANTES PORCENTAJES 0 a 5 v 70 44%
0 a 15 v 88 56% 0 a 30 v 0 0% TOTAL 158 100%
Metodología 30
3. ¿En la siguiente escala que tan importante es una fuente de regulada de voltaje en el laboratorio?
TABLA N° 5
IMPORTANCIA DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN OPCIONES Nº DE ESTUDIANTES PORCENTAJE
Nada importante 8 5% Poco importante 22 14%
Más o menos importante 38 24% Importante 40 25%
Muy importante 50 32% Total 158 100%
Fuente: Investigación de lo importante implementar una fuente de alimentación Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
FIGURA N° 11 IMPORTANCIA DE UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN
Fuente: Investigación de lo importante implementar una fuente de alimentación Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Análisis: Los resultados se analiza que la importancia de una
fuente regulada de voltaje para los estudiantes es sumamente necesaria,
se recomienda que las prácticas que se realicen en el laboratorio de
electrónica utilicen una fuente reguladora de voltaje para beneficio y se
adapte a la función que nos brinda este dispositivo.
5%
14%
24%
25%
32%
NADA IMPORTANTE POCO IMPORTANTE
MAS O MENOS IMPORTANTE IMPORTANTE
MUY IMPORTATE
Metodología 31
4. ¿Qué tan seguido elaboran un montaje de circuito o prototipo en el laboratorio?
TABLA N° 6
IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITO EN LABORATORIO OPCIONES Nº DE ESTUDIANTES PORCENTAJE Diariamente 20 13%
Semanalmente 58 37% Mensualmente 80 50%
Nunca 0 0% Total 158 100%
Fuente: Investigación de la continuidad en que se implementa un circuito en laboratorio Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
FIGURA N° 12 IMPLEMENTACIÓN DE CIRCUITO EN LABORATORIO
Fuente: Investigación de la continuidad en que se implementa un circuito en laboratorio Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Análisis: Se analiza que los estudiantes por falta de herramientas
adecuadas no se implementa un circuito electrónico constantemente ya
que el montaje de un circuito se realiza una vez por mes, se recomienda
que este porcentaje baje y se realicen con una mayor frecuencia prácticas
de laboratorio con esto se aumentara el conocimiento empírico de los
estudiantes.
13%
37% 50%
0%
DIARIAMENTE SEMANALMENTE MENSUALMENTE NUNCA
Metodología 32
5. ¿Cree usted que sería beneficioso la elaboración de fuente de voltaje para los laboratorios?
TABLA N° 7
ELABORACIÓN DE UNA FUENTE DE VOLTAJE OPCIONES Nº DE ESTUDIANTES PORCENTAJE
Si 98 62% No 60 38%
Total 158 100% Fuente: Investigación de sobre el beneficio que es implementar una fuente de voltaje Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
FIGURA N° 13
ELABORACIÓN DE UNA FUENTE DE VOLTAJE
Fuente: Investigación de sobre el beneficio que es implementar una fuente de voltaje Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Análisis: Los resultados en esta pregunta se analizó la necesidad
y la aceptación positiva de la mayor parte de los estudiantes a la
elaboración de la fuente de voltaje, los estudiantes ven necesario este
instrumento para sus montajes de circuitos. Se recomienda que se
aumente el número de este implemento para que todos los estudiantes
que asistan al laboratorio puedan realizar su debida práctica.
62%
38%
SI NO
Metodología 33
6. ¿De acuerdo a la siguiente escala, indique que tan importante es el conocimiento práctico en clase?
TABLA N° 8
CONOCIMIENTO PRÁCTICO OPCIONES Nº DE ESTUDIANTES PORCENTAJE
Nada importante 0 0% Poco importante 8 5%
Más o menos importante 17 11% Importante 55 35%
Muy importante 78 49% Total 158 100%
Fuente: Investigación de lo importante el conocimiento práctico en clase Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
FIGURA N° 14 CONOCIMIENTO PRÁCTICO
Fuente: Investigación de lo importante el conocimiento práctico en clase Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Análisis: En esta pregunta se analiza que los estudiantes
consideran el conocimiento práctico debe ser en todas las clases y de
gran importancia para su preparación profesional, se puede recomendar
que se siga mejorando la enseñanza tratada en clases para incentivar al
estudiante para aumentar su mayor interés en cada clase.
0%
5% 11%
35%
49%
NADA IMPORTANTE POCO IMPORTANTEMAS O MENOS IMPORTANTE IMPORTANTEMUY IMPORTANTE
Metodología 34
7. ¿Considera usted que se debería implementar equipos eficientes para suministrar el laboratorio?
TABLA N° 9
EQUIPOS PARA LABORATORIO
OPCIONES
Nº DE ESTUDIANTES
PORCENTAJE
Si 110 70% No 48 30%
Total 158 100% Fuente: Investigación de suministrar el laboratorio Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
FIGURA N° 15 EQUIPOS PARA LABORATORIO
Fuente: Investigación de suministrar el laboratorio Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Análisis: Los estudiantes están de acuerdo que las herramientas
para realizar mediciones en los circuitos sean hechas por ellos y con esto
seguir equipando el laboratorio de electrónica es de lo que se necesita
para mejorar el conocimiento. Se recomienda que se siga realizando
proyectos para el beneficio de la facultad y para el estudiante.
70%
30%
SI NO
Desarrollo 35
CAPÍTULO IV DESARROLLO
4,1 Especificaciones
En este proyecto se efectuó para satisfacer las necesidades de los
estudiantes de la Facultad de Ingeniería Industrial, carrera de ingeniería
en teleinformática con el propósito de ayudar al aprendizaje,
conocimientos prácticos que se comparte en laboratorio. Para llevar a
cabo el diseño del equipo se tomaron en relevancia en ciertos parámetros
que con llevo a efectuar estudios, se implementó encuestas a los
estudiantes siendo la base para realizar está tesis.
En momento que se hacia la fuente se encontraba problemas en
diseño se solventaba efectuando modificaciones sobre el diseño principal.
Esto ha dado lugar a que la fuente regulable cumpla los objetivos en este
proyecto, a continuación, se explicara paso a paso la construcción de la
fuente d alimentación. Desde un principio se elegido en realizar una
fuente de tipo lineal el uso de transformadores y rectificadores para hacer
transformaciones de corriente alterna (AC) a corriente directa (DC) la
intención es utilizar componente que sea fácil de conseguir.
4.2 Descripción de componentes 4.2.1 Transformador
El transformador que usaremos es de entrada de 110 VCA y su
salida será de 12 voltios. En este proyecto se consideró este tipo de
transformador con una corriente de 2 amperes para asegurar la correcta
operación de la fuente.
Desarrollo 36
FIGURA N° 16 TRANSFORMADOR DE 110/24V 2A
Fuente: Transformador de tensión 110/220 a 24 voltios Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
4.2.2 Rectificador
Se consideró un rectificador de onda completa, por este medio
convertir la corriente alterna (AC) en corriente continua (DC). Por lo
general se realiza por medio de puente de diodos rectificadores, en este
proyecto se usó un encapsulado que cumple la misma función.
FIGURA N° 17 RECTIFICADOR RS405L
Fuente: Rectificador encapsulado Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
4.2.3 Filtro
Para continuar con el montaje de la fuente regulable se colocó un
capacitor electrolítico obteniendo con esto un el voltaje de rizo, esto
permitirá filtrar con suma eficiencia disminuyendo al máximo la corriente
Desarrollo 37
alterna (AC) con el propositito de obtener corriente directa (CD) más pura
posible, el valor de capacitores electrolíticos fue de 3300uf, 1000uf, 220uf
con tensión de 25 voltios.
FIGURA N° 18 FILTROS O CAPACITORES
Fuente: Rectificador encapsulado Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
4.2.4 Diodo rectificador 1N4148
Este componente es hecho de silicio tiene una alta conductividad
es generalmente d vidrio con dos extremos para conectarlo en el circuito,
en este proyecto es utilizado para detección de corto circuito y circuito de
conmutación de alta velocidad.
FIGURA N° 19
DIODOS 1N4148
4.2.5 Diodos rectificador 1N4004
Este tipo de diodos se usó en el circuito de fuente regulable, esto
diodos poseen un vrm de 400w en condición de polarización inversa, si
los valores emiten más allá de lo establecido esto dejaran de funcionar.
Desarrollo 38
FIGURA N° 20 DIODO (1N4004)
Fuente: Diodos semiconductores Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
4.2.6 Diodo led
Estos diodos son indicadores de encendido e indicador de fusible
deteriorado o en buen estado en el circuito de fuente regulada se debe
ingresar una resistencia en cada diodo led para no permitir que se queme.
FIGURA N° 21 DIODO LED
Fuente: diodos luminosos led Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
4.2.7 Resistencia
El montaje de la resistencia, su posición es indiferente ya que no
cuenta con polaridad así que puede ser conectada de cualquier extremo,
en este circuito de fuente regulable se utilizó resistencia de 3k para
protección de los diodos led. Además, existen tipos de resistencia en el
circuito se utilizó dos tipos, resistencia de película de carbón y resistencia
de alambre.
FIGURA N° 22 RESISTENCIA DE PELÍCULA DE CARBÓN
Fuente: Resistencia serví eléctric Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Desarrollo 39
Para asegurarse antes de montar la resistencia en el circuito se
debe primero analizar su correcto valor en ohm, se puede utilizar un
multímetro o también se puede identificar por medio de código de colores,
el color se lo puede localizar sobre el cuerpo de la resistencia.
FIGURA N° 23
CODIGO DE COLORES
Fuente: Códigos de valores de resistencia Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
4.2.8 Resistencia de alambre.
En esta resistencia el alambre es enrollado en un soporte cerámico
y después es cubierto con un material aislante, esto es para la protección
del alambre y de las resistencias de golpes y la corrosión, esta clase de
resistencia está diseñada para soporte de altas temperaturas sin alteras
su valor. En la siguiente imagen se puede observar este tipo de
resistencia no cuenta con colores de identificación, pero su valor en ohm y
vatio o watt se lo pude localizar impreso sobre él.
FIGURA N° 24 RESISTENCIA DE ALAMBRE
Fuente: Resistencia serví electric Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Desarrollo 40
4.2.9 Regulador variable
El circuito integrado que se puede efectuar ajuste de tensión de
salida, en circuito en cuestión es un LM317T, este tipo de integrado
proporciona una configuración más adecuada. Su tensión de salida está
entre el rango de 0 - 30 voltios la tolerancia de voltaje de salida es de 1%
y la corriente de salida va hasta 1.5 A posee protección contra el ruido
80dB, opera una tensión nominal o un voltaje de referencia Ver= 1.25V.
FIGURA N° 25
INTEGRADO LM317T
Fuente: Circuito integrado variable Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
4.2.10 Potenciómetro
El potenciómetro se aplica en circuitos donde la variación de
resistencia la efectúa el usuario desde el exterior mediante una perilla.
Para la regulación de valor de tensión de salida del regulador LM317T se
hace uso de un potenciómetro de 10k. El potenciómetro es un resistor al
que se le puede variar el valor de su resistencia.
FIGURA N° 26 POTENCIÓMETRO DE 5K
Fuente: Potenciómetro de tensión variable Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Desarrollo 41
4.2.11 Diagrama de fuente de regulada variable
FIGURA N° 27 DIAGRAMA DE FUENTE REGULADA VARIABLE CON
PROTECCIONES
Fuente: Diagrama de Electronix Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Desarrollo 42
Su funcionamiento a grandes rasgos es la reducción de la tensión
de entrada, que será de 120 v en alterna a 12v en alterna y mediante un
circuito secuencial la rectificaremos de alterna a continua, formando un
rectificador de onda completa para luego pasar por un capacitor
electrolítico de 3300uf 25v, estos se encargan de que la señal salga sin
impurezas y elimine el rizado; es decir la señal sale más pura.
Luego entran a una etapa de fusible malo y fusible bueno para
cumplir esta función se instálalo un transistor 2n3904 y diodo 1n4005,
luego se efectúa una etapa de protección de sobre voltaje para realizar
esta función de instalo un transistor TIC106D y un relé de 8 pines de
12VDC si existe sobre voltaje en el equipo se visualiza por medio de un
led y para desactivarlo se presiona un pulsador NC, para regular las
tensión se basó en el integrado LM317T apoyado de un potenciómetro de
10k, para protección de este componente de implanto una resistencia de
220 ohm - 2 watt y un capacitor de 220uf, para ante de la salida de
voltaje se instaló un capacitor de 1000uf y para la visualización de voltaje
de salida se adicionó un lector digital. 4.3 Montaje y ajustes
Para el montaje de dicha placa hemos tenido que realizar
diferentes ajustes en varios componentes, teniendo que adaptarlos a su
forma física. Por ejemplo:
• El puente de diodos (D1) en el esquema que tuvimos que
acoplarnos con el integrado encapsulado RS405L.
• Para adaptar nuestro transformador físico a la placa tuvimos que
crear una nueva.
• En el diseño de la placa hemos dejado un espacio suficiente para
la colocación de un disipador de calor en el regulador de tensión
LM317.
Desarrollo 43
• En el montaje del regulador de tensión hay que tener en cuenta el
número de la patilla.
4.3.1 Prueba de funcionamiento
Una vez que se ha concluido con el ensamble de la fuente
regulable con el componente expuesto se procese a realizar pruebas de
funcionamiento.
4.3.2 Verificación del correcto funcionamiento de la fuente
• Se procede a conectar al suministro de energía la fuente regulable
variable
• Para encender la fuente se debe presionar el interruptor de
encendido/apagado.
• Con la perilla del potenciómetro se debe variar la fuente regulada
variable de 0 a 15 voltios comprobar con un voltímetro digital para
analizar su correcto funcionamiento.
4.4 Manual de usuario
Fuente de alimentación regulable Modo lineal- CD
4.4.1 Instalación de la Fuente regulada
1) Conecte el cable de poder a la fuente C.C. (110V).
2) Antes de encender la fuente, tome en cuenta que todos los niveles
de voltajes estén en cero.
3) Conecte el cable rojo (+) y negro (-) con su debida polaridad para
alimentar los circuitos montados en la tabla
Desarrollo 44
4) Luego conecte el cable rojo (+) y negro (-) en la parte de los
generadores; ya sea para generar una onda cuadrada o bien una
onda senoidal; dependiendo el circuito que se esté montando en la
tabla de nodos.
FIGURA N° 28
DISEÑO DE LA FUENTE REGULABLE
Fuente: Fuente de voltaje variable Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
4.4.2 Manejo y funciones
1) Interruptores de tensión apagado/encendido.
2) Dos terminales de entrada, color rojo es la entrada positiva, color
negro será la entrada negativa.
3) Potenciómetro regulador de voltaje de la fuente variable, regula un
rango de 0 hasta 15 voltios son suministrada por la fuente.
4) Un fusible de un amperio, con el fin de proteger el equipo, al
momento de un bajón de energía.
8.8.8.8
+
LECTOR DE VOLTIMETRO
-
POTENCIÓMETRO
LECTOR DE AMPERIMETRO
Desarrollo 45
5) Un par de bananas que sirven como un medio de interconexión
para alimentar los circuitos que se vayan a montar.
4.4.3 Advertencia:
Cuando sea alimentada una señal digital, se debe verificar que la
tensión aplicada no exceda a más de 5 voltios; porque se puede dañar el
circuito que estemos montando y hasta dañar la fuente.
Siempre que se encienda la fuente se debe de ajustar los niveles
de voltajes a cero; porque si se enciende la fuente con los niveles de
voltajes al máximo tiende a dañarse.
Asesórese de encender la fuente con una determinada carga;
puesto que una fuente que se enciende sin una carga también tiende a
dañarse.
Cuando se realice cualquier práctica de montaje de un circuito en la
tabla de nodo, cerciorémonos en las polaridades porque podemos hacer
un cortocircuito y esto también tiende a afectar a la fuente; porque ellas
en vez de estar generando un voltaje positivo y otro negativo; más bien se
encuentra un cortocircuito entre el positivo y el negativo.
Cuando alimentemos una señal analógica que trabaja con AOP, no
excederse de 15 voltios, también puede quemar el circuito o dañar la
fuente.
Desarrollo 46
TABLA N° 10 ESPECIFICACIONES DE LA FUENTE VOLTAJE
1 PANTALLA Digital Volt meter CA1T
LCD Light DC 0-100V Panel Meter DC
2 SALIDA DE CORRRIENTE CD 2 A 3 VOLTAJE DE SALIDA CD 0-15V 5 ENCENCEDIDO ONN/OFF 110/220V
CA 50/60HZ Fuente: Especificaciones de fuente regulada variable Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén 4.5 Conclusión
En el curso de este proyecto se pudo observar muchas variantes,
al realizar el resultado de estudio sobre condiciones del estudiante la
carrera de ingeniería en teleinformática se dio a conocer que la mayor
parte del estudiante utiliza cargador y con esos dispositivos presentaba su
circuito.
Se conoció el rango más usado por los estudiantes en la cual
llegaron a su máximo de 15 voltios por tal motivo se decidió diseñar una
fuente con esta característica similares.
Para la construcción de esta fuente regulable, es necesario un
estudio a detalles. Esto permite escoger correctamente lo que requerimos
en el diseño para su funcionamiento.
El funcionamiento del equipo dependerá del buen uso que se le dé,
es por tal motivo que es de suma importancia conocer el funcionamiento
adecuado porque puede realizarse una mala práctica y suele dañarse.
En el proyecto de tesis se ha logrado cumplir todos los objetivos
en cuanto a regulación, su protección de sobre voltaje está funcional tal
cual está la detección de fusible malo y bueno.
Desarrollo 47
Al realizar el estudio fue notorio que en laboratorio que al realizar
un montaje en el circuito los estudiantes ocasionaban demasiado
cortocircuito y eso pude dañar la fuente.
Si las medidas de seguridad son tomas en cuenta por el estudiante
permitirá una vida útil del equipo, este tipo de herramienta es eficaz para
los estudiantes, espera haber aportado a la formación delos futuros
ingeniero en teleinformática.
4.6 Recomendaciones.
Con el estudio realizado de este proyecto fue evidente observar la
necesidad que había en los estudiantes de encontrar una manera de
hacer sus prácticas de una forma sencilla y con un gran margen de
precisión; por eso se decidió hacer una fuente práctica que cumpla y
satisfaga gran parte de esas necesidades. Se puede agregar unos
pequeños detalles que le hubieran dado realce y mejor presentación
como son:
• Panel de control táctil para realizar las tareas más sencillas y
rápidas.
• Programación con Arduino
• Interfaz gráfica que mostrara la salida de la señal tanto Analógica
como Digital.
Si se lograra implementar todas estas mejoras para futuros proyectos
se lograría hacer una fuente con más interés de compra a nivel industrial
y universitario.
Se recomienda realizar análisis y estudios referentes al circuito de
realimentación del lazo de control, ya que aquí en este proyecto no se
investigó.
Desarrollo 48
Aislar los terminales de entrada del transformador, así como todas
las uniones en las que se trate con corriente alterna para evitar descargas
eléctricas.
Utilizar un disipador de calor si se utiliza el circuito para
aplicaciones de alta potencia, esto evita el sobrecalentamiento de los
elementos. Utilizar capacitores electrolíticos a un voltaje mucho mayor al
de operación para evitar derretimiento o explosiones del mismo.
Anexos 49
ANEXOS
Anexos 50
ANEXO N° 1 DESCRIPCION DEL INTEGRADO LM317
ANEXO N° 2
TIPOS DE REGULADORES ENCAPSULADO
Anexos 51
ANEXO N° 3 CARACTERISTICA ELECTRICA DEL LM317
ANEXO N° 4
REGULADORES FIJOS
Anexos 52
ANEXO N° 5 MODELO DE INTEGRADOS
INTEGRADO LM340
INTEGRADO LM 320
REGULADORES AJUSTABLE
REGULADORES DE SALIDA DOBLE RC 4195 ± 15 VOLTIOS
RC4194 0.05 ± 32 VOLTIOS
Anexos 53
ANEXO N° 6 FUENTES REGULABLES INDUSTRIALES
En el mercado se encuentra fuentes regulables en aplicaciones
industriales, transporte, sector automotriz, en redes monofásicas y
trifásicas.
Figura 1.3: Fuente regulable aplicada en la industria Fuente: (Etcheverry, 2015)
Se observa otro tipo de fuente regulable que también son utilizadas en la
enseñanza y centros de investigaciones para alimentar circuitos
electrónicos bajo prueba. Este modelo proporciona tres salidas
independientes con rangos de 0-30v y 0-3Amperes y una salida fija de
5volts con una corriente de 0-3Amperes. Estas fuentes son muy flexibles;
ya que las salidas variables se pueden configurar en modo serie o
paralelo para obtener el doble de voltaje o corriente en la salida. Otros de
los campos es el área industrial en donde se encuentran fuentes de
alimentación accionadas por motores, estas fuentes convierten la energía
mecánica que se obtiene de un motor de gasolina o Diésel en energía
eléctrica adecuada.
Anexos 54
ANEXO N° 7 DISEÑO DE FUENTE REGULABLE
En este diseño de la fuente se optó por encargar a una empresa externa
la realización y el mecanizado de la caja. Dicha decisión encarece el
proyecto, pero soluciona los problemas de mecanizado. Se optó por unas
dimensiones superiores a las de la primera versión para posibilitar un
mayor espaciado entre componentes y así, trabajar más fácilmente en su
interior. El diseño del circuito regulador de tensión ha permanecido
prácticamente inalterado, salvo pequeñas mejoras, a lo largo de las
distintas versiones de la fuente.
Los componentes no son de buena calidad y se rompen o bloquean al
cabo de pocos usos. Hubo que cambiar ambos interruptores de
encendido porque se rompieron en poco tiempo. Los pulsadores de salida
de canal también se bloquearon. El segundo canal variable presenta una
discrepancia entre el valor de salida teórico y el mostrado en el display de
2A. Tras realizar la medición de dicha corriente con un polímetro se
observa que la corriente que da el canal coincide con el valor teórico. Por
lo que concluimos que la fuente trabaja acorde a los cálculos realizados y
el display presenta un error de medición. Cuando se realizaron las
pruebas finales este error desapareció sin explicación. Así pues, ahora
mismo, la medida que se muestra en los display es la correcta.
Fuente: Fuente de voltaje multifuncional Fuente: (Etcheverry, 2015)
Anexos 55
ANEXOS N° 8 COMPONENTE DE LA FUENTE REGULADA
Fuente: Elementos para realizar la fuente : Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
ANEXOS N° 9 HERRAMIENTAS PARA IMPLEMENTAR
Fuente: Herramientas para realizar la fuente : Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Anexos 56
ANEXO N° 10 IMPLEMENTACIÓN DE LA FUENTE REGULADA VARIABLE
Fuente: Elaboración para realizar la fuente : Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
ANEXO N° 11
FUENTE DE VOLTAJE VARIABLE CULMINADA
Fuente: Fuente de voltaje regulada variable Elaborado por: Quinde Chamaidán Carlos Efrén
Anexos 57
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